結(jié)構(gòu)是能承受作(荷)用(載)并具有適當剛度的由各連接部件有機組合而成的系統(tǒng)。然而,把部件組合起來不一定就是結(jié)構(gòu),也可能是機構(gòu),機構(gòu)是活動的,部件之間是相對運動的。若要將部件“有機”組合為結(jié)構(gòu),準確合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是必需的。
貨架結(jié)構(gòu)作為一種工程結(jié)構(gòu),由立柱、橫梁與各種支撐桿等部件組成,能承受貨物荷載。根據(jù)國家標準,工程結(jié)構(gòu)設(shè)計宜采用以概率理論為基礎(chǔ)、以分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設(shè)計方法;當缺乏統(tǒng)計資料時,工程結(jié)構(gòu)設(shè)計可根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗或必要的試驗研究進行,也可采用容許應力或單一安全系數(shù)等經(jīng)驗方法進行。雖然設(shè)計方法有上述三種可用,但結(jié)構(gòu)設(shè)計仍應采用極限狀態(tài)法。基礎(chǔ)設(shè)計確定基礎(chǔ)底面積會采用容許應力法,地基穩(wěn)定性驗算會采用安全系數(shù)法。貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計標準采用了極限狀態(tài)設(shè)計法。既然標準已經(jīng)規(guī)定了,那么確定遵循的設(shè)計標準后,應嚴格按照標準來設(shè)計。
極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。
當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時,應認為超過了承載能力極限狀態(tài):
1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞,或因過度變形而不適于繼續(xù)承載,比如橫梁彎曲破壞;
2、整個結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體失去平衡,比如橫梁一端掛齒從立柱孔脫出;
3、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系,比如立柱組只有橫撐沒有斜撐,或立體庫貨架背拉體系不足或失效;
4、結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定,比如立柱屈曲,或立柱組傾覆;
5、結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌,比如撞了一下立柱,倒了整個倉庫;
6、結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞。
當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時,應認為超過了正常使用極限狀態(tài):
1、影響正常使用或外觀的變形,比如橫梁撓度或立柱垂直度超標;
2、影響正常使用或耐久性能的局部損壞;
3、影響正常使用的振動;
4、影響正常使用的其他特定狀態(tài)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計時應對結(jié)構(gòu)的不同極限狀態(tài)分別進行計算或驗算。以承載能力極限狀態(tài)為例,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計應滿足下式:(暫不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù))
Sd≤Rd
Sd為作用組合的效應(如軸力、彎矩)設(shè)計值,Rd為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力(承載力)設(shè)計值。
這樣,結(jié)構(gòu)設(shè)計需要確定Sd與Rd兩部分內(nèi)容。
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計分為兩步:
1、內(nèi)力分析
確定結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件Sd的過程叫內(nèi)力分析,就是將設(shè)計標準規(guī)定需要考慮的荷載,乘上各自分項系數(shù),以一定規(guī)則組合,然后計算結(jié)構(gòu)在荷載組合作用下,所有構(gòu)件與連接所承受的力的效應(拉壓彎剪扭)。這個計算過程對于極其簡單的結(jié)構(gòu)而言可以手算得到結(jié)果,但是對于工程結(jié)構(gòu)動輒成千上萬構(gòu)件的計算量,只能借助于計算機軟件來完成。計算機軟件采用了一種叫做有限單元法的計算方法,名稱很高大上,因此有限元計算甚至成為了結(jié)構(gòu)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計的代名詞,一開口就是有限元報告。實際上,完成有限元計算只是完成結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步。
2、構(gòu)件設(shè)計
確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件Rd,并判定Sd≤Rd是否滿足的過程叫構(gòu)件設(shè)計。構(gòu)件的承載力,要考慮構(gòu)件的材質(zhì)、截面、尺寸、構(gòu)造、破壞模式等等因素,按照標準規(guī)定的力學計算方法得出,必要時應測試輔助。之后判定所有構(gòu)件與連接的承載力是否滿足內(nèi)力的需求。構(gòu)件設(shè)計是一復雜且重復的過程,很多計算機軟件把這一過程(核心是設(shè)計標準、規(guī)范)也編寫進程序,在有限元計算得到內(nèi)力后,自動進行構(gòu)件設(shè)計,節(jié)省了大量的工作。目前這一套方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)非常成熟,但是對于貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計還不可行,原因在于貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計標準、規(guī)范還沒能被寫入軟件中。如果誰可以提供全部由有限元軟件生成的貨架結(jié)構(gòu)計算書,請不吝賜教。
一個貨架工程項目,一般分為規(guī)劃、設(shè)計、制造、安裝與使用五個階段。正常來講,在設(shè)計階段就應該已經(jīng)完成了貨架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。實際項目中,很多項目業(yè)主在貨架安裝完成后即將驗收前要求供應商提供貨架結(jié)構(gòu)計算書,以證明貨架的承載力。當然不排除貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計之前已經(jīng)完成,此時提供結(jié)構(gòu)計算書僅為資料存檔用的可能性。然而實際大部分情況是,貨架的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作之前根本沒有做,貨架的選型選材依據(jù)無非就是經(jīng)驗與模仿,這樣的結(jié)構(gòu)必然存在不確定性。
可能有人問,既然之前的工作不到位,現(xiàn)在要驗收業(yè)主意識到這一點了,那么補充結(jié)構(gòu)設(shè)計工作不就可以了嗎?道理上來講是沒有問題的,但是實際操作有風險。
此時項目已經(jīng)完工,木已成舟,結(jié)構(gòu)設(shè)計校核能通過還好說,萬一通不過應采取何種措施?勢必會增加項目額外成本,延誤項目工期,且不論國企,即使是民企外企的項目負責人也不愿承擔這些責任!現(xiàn)實中,有的業(yè)主沒有要求提供結(jié)構(gòu)計算書,有的業(yè)主對供應商隨意出具的結(jié)構(gòu)計算書驗收簽字。無論如何,種下因就要承擔相應的果。為了避免事后的被動,本文標題第二個問題就有了解釋,一定要在招投標之前提供貨架結(jié)構(gòu)計算書,一旦發(fā)現(xiàn)存在問題,還有充分的空間回旋,即使整個方案推倒重來也未嘗不可。
貨架結(jié)構(gòu)計算書應由同時具有結(jié)構(gòu)工程專業(yè)及貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計背景的專業(yè)人員完成或?qū)徍?。專業(yè)的貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計依賴于:
【專業(yè)的隊伍】
從事貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計的注冊結(jié)構(gòu)工程師、帶資質(zhì)設(shè)計院的技術(shù)支持與背書、國外項目PE(專業(yè)結(jié)構(gòu)工程師)技術(shù)支持
【專業(yè)的實驗室】
所有貨架設(shè)計標準都是基于測試的,沒有測試數(shù)據(jù)的貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計都是空中樓閣。測試數(shù)據(jù)獲取很重要,知道測試數(shù)據(jù)如何用于結(jié)構(gòu)設(shè)計更重要。
【專業(yè)的數(shù)據(jù)庫】
充分發(fā)揮專業(yè)實驗室的作用,針對市場上各主流貨架產(chǎn)品構(gòu)件,進行大量的測試,建立專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)庫,可以在項目規(guī)劃階段就完成貨架結(jié)構(gòu)的預設(shè)計。
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